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Tipo: Tese
Título: Brachypodium distachyon (L.) P. Beauv.: caracterização metabólica e estabilidade genética durante a embriogênese somática e modulação da parede celular pela luz
Brachypodium distachyon (L.) P. Beauv.: somatic embryogenesis, development and modulation of cell wall during cultivation under different light qualities
Autor(es): Mamedes, Talita Cristina
Abstract: Brachypodium distachyon tem sido utilizado como espécie modelo para gramíneas de forma bem sucedida. Nesse sentido, objetivou-se avaliar sucessivos subcultivos de calos embriogênicos até a formação de embriões somáticos, analisando-se caracteres morfo- fisiológicos, o perfil metabólico e a estabilidade genética das plantas obtidas, bem como o efeito da qualidade da luz na morfogênese e modulação dos componentes da parede celular, anatomia, enzimas do sistema antioxidativo e expressão de genes da rota lignocelulósica. No primeiro experimento, embriões imaturos foram cultivados in vitro em meio contendo 2,4-D para indução de calos. Calos embriogênicos (CE) foram coletados aos 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240 e 360 dias de idade e calos não embriogênicos (CNE), aos 30 dias. Após as transferências para meio de indução foram coletadas estruturas embriogênicas (EE) oriundas de 60, 90, 120, 150, 180, 210 e 240 dias, em meio contendo cinetina. Com base nos dados morfo-fisiológicos por meio de discriminantes canônicas as idades 60 e 90 dias são as mais indicadas para o uso, devido à capacidade regenerativa e formação de EE. O perfil metabólico de CE mostrou a separação de dois grupos de 30 aos 240 e 360 dias por meio da análise de componentes principais (PCA). A maioria dos metabólitos sofreu queda drástica dos teores relativos de metabólitos aos 360 dias. Os metabólitos ácido malônico, triptofano, asparagina e eritrose os quais foram importantes para discriminar os grupos. Com a análise univariada (Teste t) foi possível destacar quais metabólitos reduziram em CNE como os aminoácidos ácido aspártico, asparagina, triptofano e glicina, sugerindo serem indispensáveis para a competência embriogênica em B. distachyon. O status metabólico de EE permitiu a separação em três grupos: 60, 90 e 120 a 240 dias. Os metabólitos- chave para distinguir entre os grupos de EE foram o galactinol, o oxaloacetato, o triptofano e a valina. A estabilidade genética das plantas regeneradas foi avaliada por citometria de fluxo, mostrou que não houve relação da instabilidade da ploidia em plantas regeneradas de calos de B. distachyon com a idade dos calos. Conclui-se que a perda da capacidade regenerativa de CE em B. distachyon ocorre a partir de 120 dias, mostrando que o uso de CE pode ser estendido para 90 dias de cultivo. No segundo experimento, os tratamentos foram constituídos por três qualidades de luz: lâmpadas fluorescentes (LF), LED Branca e LED azul (A)/vermelho (V) de mesma irradiância. Após 40 dias as qualidades de luz influenciaram a morfo-fisiologia, deposição de lignina, alterações no sistema de enzimas antioxidantes e expressão de genes envolvidos na rota lignocelulósica de plantas in vitro de B. distachyon. As LFs, de uso tradicional em salas de crescimento, promoveram maiores taxas de crescimento, forte deposição de lignina, maiores quantidades de celulose corroborando com as maiores expressões dos genes CESa4 e CESa7. Os genes PAL1 e F5H1 tiveram seus níveis de expressão em plantas aumentados quando submetidas à LED A/V em comparação com as crescidas sob LFs ou LED Branca, enquanto que os demais genes analisados não variaram os níveis de expressão entre os tratamentos. O gene CESa4 teve sua expressão reduzida sob LED A/V, sendo que nessa qualidade espectral houveram plantas menores, com aumento no teor de lignina total e maior deposição de lignina G em relação à lignina S e baixa quantidade de celulose total, comparativamente aos demais tratamentos. No tratamento LED Branca, ambos CESa4 e CESa7 apresentaram expressão reduzida em relação à LF, além do aumento significativo nas atividades das enzimas SOD e CAT demonstrando ser importantes mecanismos de defesa antioxidativo induzido por LED Branca. Conclui-se que a qualidade espectral das lâmpadas LEDs alterou os teores de lignina e celulose e a expressão de genes de suas rotas de síntese, além de terem sido observadas alterações anatômicas e em mecanismos de defesa antioxidativa em B. distachyon. Em conjunto, esses dados sugerem que a regulação dos padrões de deposição de parede celular e lignificação são afetadas pelos espectros da luz e sua remodelação pode ser feita de acordo com qualidade de luz.
Brachypodium distachyon has been successfully used as a model species for grasses. Here we performed successive subcultures of embryogenic calli until the formation of embryos, assessing the morphological and physiological characteristics, metabolic profile and genetic stability of the plants obtained, as well as the effect of light quality on morphogenesis and modulation of the cell wall components, anatomy, antioxidative enzyme systems and expression of lignocellulosic route related genes. In the first experiment, immature embryos were cultured in vitro in 2,4-D-containing medium for callus induction. Embryogenic callus (EC) were collected at 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, and 360 days and non-embryogenic callus (NEC) at 30 days. After the transfer the induction medium, embryogenic structures (ES) from 60, 90, 120, 150, 180, 210 and 240 days were collected in Kinetin-containing medium. Based on the morphological and physiological data, the ages of 60 and 90 days were the most suitable for use due to its greater regenerative capacity and formation of ES, as revealed by Canonical discriminant analysis. The EC metabolic profile separated two groups based on callus age: one from 30 to 240 and another in 360 days using Principal Component Analysis (PCA). Most metabolites suffered a drastic decrease in their levels at 360 days. The metabolites malonic acid, tryptophan, asparagine and erythrose were important to discriminate the groups. The univaried analysis (t test) highlighted which metabolites decreased in NEC such as amino acids aspartic acid, asparagine, tryptophan and glycine, suggesting their essentiality for the embryogenic competence acquisition in B. distachyon. The metabolic status of EE allowed to separate three groups: 60, 90 and 120 to 240 days long using PCA. The key-metabolites used to distinguish ES groups were galactinol, oxaloacetate, tryptophan and valine. The genetic stability of the regenerated plants was evaluated by flow cytometry, which showed that there was no relation between ploidy instability and callus age in regenerated plants of B. distachyon. It is concluded that the loss of EC regenerative capacity in B. distachyon occurs from 120 days, showing that the use of EC can be extended to 90 days of cultivation. In the second experiment, the treatments were composed of three light qualities: fluorescent lamps (FL), white LED and blue/red (B/R) LED under the same irradiance. After 40 days the light qualities influenced morpho-physiology, lignin deposition, changes in the antioxidant enzyme system and expression of genes involved in the lignocellulosic route of B. distachyon in vitro plants. In FL, traditionally used in growth rooms, higher growth rates, strong deposition of lignin, higher amounts of cellulose were promoted, corroborating with the higher expressions of the CESa4 and CESa7 genes. The PAL1 and F5H1 genes had their expression levels increased in plants subjected to B/R LEDs compared to those grown under FLs or White LED, while the other genes analyzed did not vary their expression levels among the treatments. The CESa4 gene had reduced expression under B/R LEDs, being this spectral quality showed smaller plants, with an increase in the total lignin content, higher deposition of G lignin in relation to the S lignin and lower amount of total cellulose, compared to the other treatments. In the White LED treatment, both CESa4 and CESa7 had reduced expression in relation to FL, in addition to the significant increase in the activities of SOD and CAT enzymes, demonstrating to be important mechanisms of antioxidative defense induced by white LED. It is conclude that the LED lamps spectral quality altered the lignin and cellulose contents and the expression of the genes related to their byosynthetic routes, besides the anatomical alterations and antioxidative defense mechanisms were observed in B. distachyon. Taken together, these data suggest that the regulation of cell wall deposition patterns and lignification are affected by the spectral light and its remodeling can be done according to light quality.
Palavras-chave: Brachypodium distachyon - Morfogênese
Gramínea
Plantas - Metabolismo
Embriogênese somática
Tecidos vegetais - Culturas e meios de culturas
Plantas - meios de cultivo
CNPq: Fisiologia Vegetal
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Titulação: Doutor em Fisiologia Vegetal
Citação: MAMEDES, Talita Cristina. Brachypodium distachyon (L.) P. BEAUV.:caracterização metabólica e estabilidade genética durante a embriogênese somática e modulação da parede celular pela luz. 2017. 73 f. Tese (Doutorado em Fisiologia Vegetal) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2017.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.locus.ufv.br/handle/123456789/24794
Data do documento: 28-Mar-2017
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